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JP7023391B2 - Pattern forming method and manufacturing method of uneven structure - Google Patents
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Description

本発明は、パターン形成方法及びそれを用いた凹凸構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a pattern forming method and a method of manufacturing an uneven structure using the pattern.

近年、半導体デバイス(例えば、半導体メモリ等)等の製造工程において、基板の表面に微細凹凸構造を形成した型部材(モールド)を用い、微細凹凸構造を基板等の被加工物に転写することで微細凹凸構造を等倍転写するパターン形成技術であるナノインプリント技術が利用されている。 In recent years, in the manufacturing process of semiconductor devices (for example, semiconductor memory, etc.), a mold member (mold) having a fine concavo-convex structure formed on the surface of the substrate is used, and the fine concavo-convex structure is transferred to a workpiece such as a substrate. Nanoimprint technology, which is a pattern forming technology for transferring a fine concavo-convex structure at the same magnification, is used.

このような微細凹凸構造を有するナノインプリントモールドは、一般に、基板の表面に設けたレジスト膜に対する電子線描画処理又は紫外線露光処理、現像処理を経て、微細凹凸構造に対応するレジストパターンを形成し、その後、当該レジストパターンが形成された基板を、そのレジストパターンをマスクとするエッチング処理に付する、いわゆる電子線リソグラフィー法又はフォトリソグラフィー法により製造される。 A nanoimprint mold having such a fine concavo-convex structure generally forms a resist pattern corresponding to the fine concavo-convex structure through an electron beam drawing process, an ultraviolet exposure process, and a development process on a resist film provided on the surface of a substrate. , The substrate on which the resist pattern is formed is subjected to an etching process using the resist pattern as a mask, and is manufactured by a so-called electron beam lithography method or photolithography method.

このナノインプリントモールドの製造には多大な時間及びコストがかかる。そのため、半導体デバイス等の製造工程においては、一般に、上記のようにして電子線リソグラフィー法又はフォトリソグラフィー法により製造されたナノインプリントモールドをマスターモールドとし、当該マスターモールドを用いたインプリントリソグラフィー法により作製したナノインプリントモールド(レプリカモールド)が用いられる。 It takes a lot of time and cost to manufacture this nanoimprint mold. Therefore, in the manufacturing process of semiconductor devices and the like, generally, the nanoimprint mold manufactured by the electron beam lithography method or the photolithography method as described above is used as a master mold, and the nanoimprint mold is manufactured by the imprint lithography method using the master mold. Nanoimprint mold (replica mold) is used.

半導体メモリ等の半導体デバイスは、基板の表面に設けたレジスト膜に対してナノインプリントモールド(一般にはレプリカモールド)の微細凹凸構造をインプリント法により転写して微細なレジストパターンを形成し、当該レジストパターンが形成された基板を、そのレジストパターンをマスクとするエッチング処理に付して基板上に微細凹凸構造を形成した後、所定の工程を経て製造される。 In a semiconductor device such as a semiconductor memory, a fine uneven structure of a nanoimprint mold (generally a replica mold) is transferred to a resist film provided on the surface of a substrate by an imprint method to form a fine resist pattern, and the resist pattern is formed. Is formed, the substrate is subjected to an etching process using the resist pattern as a mask to form a fine concavo-convex structure on the substrate, and then the substrate is manufactured through a predetermined step.

上述したように、微細凹凸構造を有するナノインプリントモールド、半導体デバイス等は、当該微細凹凸構造に対応する微細な寸法のレジストパターンをインプリント法により基板上に形成することで製造される。 As described above, a nanoimprint mold having a fine concavo-convex structure, a semiconductor device, or the like is manufactured by forming a resist pattern having fine dimensions corresponding to the fine concavo-convex structure on a substrate by an imprint method.

このようにして形成されるレジストパターンは、基板や基板上に設けられているハードマスク層等をエッチングするためのマスクとして用いられるものである。そのため、ナノインプリントモールド、半導体デバイス等における微細凹凸構造を高い精度で形成するために、レジストパターンには、基板やハードマスク層のエッチング処理中に消失しない程度のエッチング耐性が具備されていることが要求される。 The resist pattern thus formed is used as a mask for etching a substrate, a hard mask layer provided on the substrate, and the like. Therefore, in order to form a fine concavo-convex structure in nanoimprint molds, semiconductor devices, etc. with high accuracy, the resist pattern is required to have etching resistance to the extent that it does not disappear during the etching process of the substrate or the hard mask layer. Will be done.

従来、レジストパターンの少なくとも側壁にALD(atomic layer deposition)等により側壁保護材料を堆積させることで、当該レジストパターンを高い精度で基板に転写する方法が提案されている(特許文献1参照)。 Conventionally, a method of transferring a resist pattern to a substrate with high accuracy by depositing a side wall protective material on at least the side wall of the resist pattern by ALD (atomic layer deposition) or the like has been proposed (see Patent Document 1).

また、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)とポリスチレン(PS)とからなるブロック・コポリマーを用いた自己組織化膜において、相分離したPMMAパターンの内部にてPMMAとトリメチルアルミニウム(TMA)とを化学反応させて、PMMAパターンのエッチング耐性を向上させる方法が知られている(非特許文献1参照)。 Further, in a self-assembling film using a block copolymer composed of polymethyl methacrylate (PMMA) and polystyrene (PS), PMMA and trimethylaluminum (TMA) are chemically reacted inside the phase-separated PMMA pattern. Therefore, a method for improving the etching resistance of the PMMA pattern is known (see Non-Patent Document 1).

特開2015-122497号公報JP-A-2015-122497

ACS NANO, Quing Peng et al., Vol. 5, No. 6, pp. 4600-4606, 2011ACS NANO, Quing Peng et al., Vol. 5, No. 6, pp. 4600-4606, 2011

上記特許文献1には、10nm程度のレジストパターンの側壁に側壁材料を1~2nm程度の膜厚で堆積させることで、レジストパターンと側壁材料とからなる凹凸パターンが所望とするエッチング耐性を発揮し、当該凹凸パターンを高い精度で基板に転写可能であることが開示されている。 In Patent Document 1, by depositing a side wall material on the side wall of a resist pattern of about 10 nm with a film thickness of about 1 to 2 nm, the uneven pattern composed of the resist pattern and the side wall material exhibits the desired etching resistance. It is disclosed that the uneven pattern can be transferred to a substrate with high accuracy.

上記特許文献1に記載の方法においては、レジストパターン間の凹部に堆積される側壁材料を除去した後に、基板をエッチングするが、当該レジストパターン間の凹部に堆積した側壁材料を除去する過程で、レジストパターンの頂部に堆積した側壁材料も除去されるため、レジストパターンの頂部が露出することになる。その状態で基板のエッチング処理を行うと、基板のエッチング処理中にレジストパターンが消失してしまうおそれがある。 In the method described in Patent Document 1, the substrate is etched after removing the side wall material deposited in the recesses between the resist patterns, but in the process of removing the side wall material deposited in the recesses between the resist patterns. Since the side wall material deposited on the top of the resist pattern is also removed, the top of the resist pattern is exposed. If the substrate is etched in that state, the resist pattern may disappear during the etching process of the substrate.

基板やハードマスク層等のエッチング処理中にレジストパターンが消失しないようにするためには、基板やハードマスク層等とのエッチング選択比に応じた高さを有するレジストパターンを形成する必要がある。しかしながら、レジストパターンの寸法が微細(ハーフピッチ5~30nm程度)になる中で、レジストパターンの所望の高さを確保しようとすると、必然的にアスペクト比(寸法に対する高さの比)が大きくなる。例えば、インプリントリソグラフィー法により形成されるレジストパターンの寸法やアスペクト比は、マスターモールドの形状、インプリント材料や転写方法によって決定されるが、微細寸法、かつ高アスペクト比(アスペクト比2.5以上)のレジストパターンを高い精度で形成するのは、技術的に極めて困難である。仮に、微細寸法、かつ高アスペクト比のレジストパターンを形成することが可能であるとしても、高アスペクト比のレジストパターンは倒壊しやすく、エッチングマスクとして機能し得ないという問題がある。 In order to prevent the resist pattern from disappearing during the etching process of the substrate or the hard mask layer, it is necessary to form a resist pattern having a height corresponding to the etching selection ratio with the substrate or the hard mask layer. However, while the size of the resist pattern becomes fine (half pitch of about 5 to 30 nm), when trying to secure the desired height of the resist pattern, the aspect ratio (ratio of height to size) inevitably increases. .. For example, the size and aspect ratio of the resist pattern formed by the imprint lithography method are determined by the shape of the master mold, the imprint material and the transfer method, but they are fine and have a high aspect ratio (aspect ratio of 2.5 or more). ) Is technically extremely difficult to form the resist pattern with high accuracy. Even if it is possible to form a resist pattern having fine dimensions and a high aspect ratio, there is a problem that the resist pattern having a high aspect ratio is easily broken and cannot function as an etching mask.

微細寸法、かつ低アスペクト比(アスペクト比2未満)のレジストパターンであれば、マスターモールドの形状やインプリント材料、転写条件を設定することで高精度に形成することが可能である。しかし、このようなレジストパターンをマスクとして基板やハードマスク層をエッチングすると、基板やハードマスク層のエッチング処理中にレジストパターンが消失してしまうという問題がある。 If the resist pattern has fine dimensions and a low aspect ratio (aspect ratio less than 2), it can be formed with high accuracy by setting the shape of the master mold, the imprint material, and the transfer conditions. However, when the substrate or the hard mask layer is etched using such a resist pattern as a mask, there is a problem that the resist pattern disappears during the etching process of the substrate or the hard mask layer.

また、非特許文献1に記載の方法においては、PMMAとPSとからなるブロック・コポリマーを用いた自己組織化膜におけるPMMAパターンの内部にてトリメチルアルミニウム(TMA)と化学反応させることで、PMMAパターンのエッチング耐性を向上させ得るが、自己組織化膜において形成されるPMMAパターンの寸法等を微細に、かつ高い精度で制御するのは技術的に極めて困難であるという問題がある。 Further, in the method described in Non-Patent Document 1, the PMMA pattern is formed by chemically reacting with trimethylaluminum (TMA) inside the PMMA pattern in a self-assembled membrane using a block copolymer composed of PMMA and PS. However, there is a problem that it is technically extremely difficult to finely control the dimensions and the like of the PMMA pattern formed in the self-assembled film with high accuracy.

このような問題に鑑み、本発明は、微細な寸法であっても、エッチングマスクとして十分に機能し得る程度のエッチング耐性を有する凹凸パターンをインプリント法により高い精度で形成する方法、及びそれを用いて凹凸構造体を製造する方法を提供することを目的とする。 In view of such a problem, the present invention is a method of forming an uneven pattern having etching resistance to such an extent that it can sufficiently function as an etching mask even with fine dimensions by an imprint method, and a method thereof. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a concavo-convex structure using a method.

上記課題を解決するために、本発明は、第1面及びそれに対向する第2面を有する基材と、複数の凹パターンが形成されてなるパターン形成面を有するインプリントモールドとを準備し、前記基材の第1面と前記インプリントモールドのパターン形成面との間に活性エネルギー線硬化型樹脂を介在させてインプリント処理を行い、前記複数の凹パターンに対応する複数の凸部、複数の凹部及び前記凹部の底部に位置する残膜部を有する樹脂パターンを前記基材の前記第1面上に形成するパターン形成工程と、前記樹脂パターンの前記残膜部を除去する残膜部除去工程と、ルイス酸性を示す無機化合物を含有する第1ガスに前記残膜部が除去された前記樹脂パターンを所定の条件で曝すことで、前記無機化合物と前記樹脂パターンを構成する前記活性エネルギー線硬化型樹脂とを前記樹脂パターン内部にて化学反応させる第1ガス暴露工程と、前記第1ガス暴露工程後、酸化剤を含有する第2ガスに前記樹脂パターンを曝す第2ガス暴露工程とを有し、前記第1ガス暴露工程及び前記第2ガス暴露工程のそれぞれを1秒以上行うことを特徴とするパターン形成方法を提供する。
また、本発明は、第1面及びそれに対向する第2面を有する基材と、複数の凹パターンが形成されてなるパターン形成面を有するインプリントモールドとを準備し、前記基材の第1面と前記インプリントモールドのパターン形成面との間に活性エネルギー線硬化型樹脂を介在させてインプリント処理を行い、前記複数の凹パターンに対応する複数の凸部、複数の凹部及び前記凹部の底部に位置する残膜部を有する樹脂パターンを前記基材の前記第1面上に形成するパターン形成工程と、前記樹脂パターンの前記残膜部を除去する残膜部除去工程と、ルイス酸性を示す無機化合物を含有する第1ガスに前記残膜部が除去された前記樹脂パターンを所定の条件で曝すことで、前記無機化合物と前記樹脂パターンを構成する前記活性エネルギー線硬化型樹脂とを前記樹脂パターン内部にて化学反応させる第1ガス暴露工程と、前記第1ガス暴露工程後、酸化剤を含有する第2ガスに前記樹脂パターンを曝す第2ガス暴露工程とを有し、前記第1ガス暴露工程において、前記樹脂パターンを構成する樹脂材料のガラス転移温度未満の温度条件下で加熱し、前記第1ガスに前記残膜部が除去された前記樹脂パターンを曝し、前記第2ガス暴露工程において、前記樹脂パターンを構成する樹脂材料のガラス転移温度未満の温度条件下で加熱し、前記第2ガスに前記樹脂パターンを曝すことを特徴とするパターン形成方法を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention prepares a base material having a first surface and a second surface facing the first surface, and an imprint mold having a pattern forming surface formed by forming a plurality of concave patterns. An active energy ray-curable resin is interposed between the first surface of the base material and the pattern forming surface of the imprint mold to perform an imprint process, and a plurality of convex portions corresponding to the plurality of concave patterns. A pattern forming step of forming a resin pattern having a concave portion and a residual film portion located at the bottom of the concave portion on the first surface of the base material, and removing the residual film portion of the resin pattern. By exposing the resin pattern from which the residual film portion has been removed to the step and the first gas containing the inorganic compound exhibiting Lewis acidity under predetermined conditions, the inorganic compound and the active energy ray constituting the resin pattern are exposed. A first gas exposure step of chemically reacting the curable resin inside the resin pattern, and a second gas exposure step of exposing the resin pattern to a second gas containing an oxidizing agent after the first gas exposure step. Provided is a pattern forming method, characterized in that each of the first gas exposure step and the second gas exposure step is performed for 1 second or longer .
Further, in the present invention, a base material having a first surface and a second surface facing the first surface and an imprint mold having a pattern forming surface formed by forming a plurality of concave patterns are prepared, and the first of the base materials is prepared. An active energy ray-curable resin is interposed between the surface and the pattern forming surface of the imprint mold to perform imprint processing, and the plurality of convex portions, the plurality of concave portions, and the concave portions corresponding to the plurality of concave patterns are formed. A pattern forming step of forming a resin pattern having a residual film portion located at the bottom on the first surface of the base material, a residual film portion removing step of removing the residual film portion of the resin pattern, and Lewis acidity are performed. By exposing the resin pattern from which the residual film portion has been removed to the first gas containing the indicated inorganic compound under predetermined conditions, the inorganic compound and the active energy ray-curable resin constituting the resin pattern are described. It has a first gas exposure step of chemically reacting inside the resin pattern, and a second gas exposure step of exposing the resin pattern to a second gas containing an oxidizing agent after the first gas exposure step. In the gas exposure step, the resin material constituting the resin pattern is heated under a temperature condition lower than the glass transition temperature, and the resin pattern from which the residual film portion is removed is exposed to the first gas to expose the second gas. Provided is a pattern forming method characterized in that the resin pattern is exposed to the second gas by heating under a temperature condition lower than the glass transition temperature of the resin material constituting the resin pattern in the step.

本発明者らが鋭意検討した結果、インプリント処理により基材の第1面上に形成される樹脂パターンを第1ガス及び第2ガスに曝すと、当該樹脂パターン(凸部)が変形してしまうことが明らかとなった。これは、樹脂パターンが、薄膜の残膜部によって一体に形成されていることで、第1ガス及び第2ガスに曝されるときに樹脂パターンに生じ得る歪み等に起因するものと考えられる。しかしながら、上記発明によれば、インプリント処理により形成された樹脂パターンから残膜部を除去し、複数の凸部をそれぞれ独立させた状態で第1ガス及び第2ガスに順に曝すため、パターンが変形するのを防止することができ、エッチング耐性を向上させたパターンを高い精度で形成することができる。 As a result of diligent studies by the present inventors, when the resin pattern formed on the first surface of the base material by the imprint treatment is exposed to the first gas and the second gas, the resin pattern (convex portion) is deformed. It became clear that it would end up. It is considered that this is because the resin pattern is integrally formed by the residual film portion of the thin film, and is caused by the distortion that may occur in the resin pattern when exposed to the first gas and the second gas. However, according to the above invention, since the residual film portion is removed from the resin pattern formed by the imprint treatment and the plurality of convex portions are independently exposed to the first gas and the second gas in order, the pattern is formed. Deformation can be prevented, and a pattern with improved etching resistance can be formed with high accuracy.

上記発明において、前記第1ガス暴露工程及び前記第2ガス暴露工程を含むガス暴露工程を複数回繰り返し行うのが好ましく、前記第1ガス暴露工程において前記第1ガスに前記樹脂パターンを曝す時間が、前記第2ガス暴露工程において前記第2ガスに前記樹脂パターンを曝す時間よりも長くてもよいし、前記第1ガス暴露工程において前記第1ガスに前記樹脂パターンを曝す時間が、前記第2ガス暴露工程において前記第2ガスに前記樹脂パターンを曝す時間よりも短く、前記ガス暴露工程を5回以上繰り返し行ってもよい。前記残膜部の厚さが1~20nmであるのが好ましく、前記樹脂パターンの寸法が、ハーフピッチで5nm以上30nm未満であるのが好ましく、前記樹脂パターンのアスペクト比が、0.5~2.5であるのが好ましく、前記基材として、石英ガラス基板又はシリコン基板を用いることができる In the above invention, it is preferable to repeat the gas exposure step including the first gas exposure step and the second gas exposure step a plurality of times, and the time for exposing the resin pattern to the first gas in the first gas exposure step is preferable. The time for exposing the resin pattern to the second gas may be longer than the time for exposing the resin pattern to the second gas in the second gas exposure step, and the time for exposing the resin pattern to the first gas in the first gas exposure step may be longer than the time for exposing the resin pattern to the second gas. The gas exposure step may be repeated 5 times or more, which is shorter than the time required to expose the resin pattern to the second gas. The thickness of the residual film portion is preferably 1 to 20 nm, the size of the resin pattern is preferably 5 nm or more and less than 30 nm at a half pitch, and the aspect ratio of the resin pattern is 0.5 to 2. It is preferably .5, and a quartz glass substrate or a silicon substrate can be used as the substrate .

また、本発明は、上記発明に係るパターン形成方法により、前記基材の前記第1面上にパターンを形成し、前記パターンをマスクとして、前記基材の前記第1面側をエッチングすることを特徴とする凹凸構造体の製造方法を提供する。 Further, in the present invention, a pattern is formed on the first surface of the base material by the pattern forming method according to the present invention, and the first surface side of the base material is etched using the pattern as a mask. Provided is a method for manufacturing a characteristic concavo-convex structure.

さらに、本発明は、前記第1面上にハードマスク層が形成されてなる前記基材における前記ハードマスク層上に、上記発明に係るパターン形成方法によりパターンを形成し、前記パターンをマスクとして前記ハードマスク層をエッチングすることで、ハードマスクパターンを形成し、前記ハードマスクパターンをマスクとして、前記基材の前記第1面側をエッチングすることを特徴とする凹凸構造体の製造方法を提供する)。 Further, in the present invention, a pattern is formed on the hard mask layer in the base material on which the hard mask layer is formed on the first surface by the pattern forming method according to the present invention, and the pattern is used as a mask. Provided is a method for manufacturing an uneven structure, which comprises forming a hard mask pattern by etching a hard mask layer and etching the first surface side of the base material using the hard mask pattern as a mask. ).

本発明によれば、微細な寸法であっても、エッチングマスクとして十分に機能し得る程度のエッチング耐性を有する凹凸パターンをインプリント法により高い精度で形成する方法、及びそれを用いて凹凸構造体を製造する方法を提供することができる。 According to the present invention, a method of forming a concavo-convex pattern having etching resistance sufficient to function as an etching mask even with fine dimensions by an imprint method with high accuracy, and a concavo-convex structure using the method. Can be provided with a method of manufacturing.

図1は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing each step of the pattern forming method according to the embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法におけるインプリント工程及び残膜部除去工程の各工程を切断端面図にて示す工程フロー図である。FIG. 2 is a process flow chart showing each step of the imprint step and the residual film portion removing step in the pattern forming method according to the embodiment of the present invention in a cut end view. 図3は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法におけるガス暴露工程と凹凸構造体の製造方法におけるエッチング工程との各工程を切断端面図にて示す工程フロー図である。FIG. 3 is a process flow chart showing each step of the gas exposure step in the pattern forming method according to the embodiment of the present invention and the etching step in the manufacturing method of the uneven structure in a cut end view. 図4は、本発明の一実施形態におけるガス暴露工程を実施可能な装置を概略的に示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram schematically showing an apparatus capable of carrying out the gas exposure step according to the embodiment of the present invention. 図5は、実施例(実施例1~5)及び比較例(比較例1~3)におけるレジスト膜厚結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the resist film thickness results in Examples (Examples 1 to 5) and Comparative Examples (Comparative Examples 1 to 3). 図6は、試験例1における飛行時間型二次イオン質量分析結果を示すチャート図である。FIG. 6 is a chart showing the result of time-of-flight secondary ion mass spectrometry in Test Example 1. 図7は、実施例6において形成された凹凸パターンを示す電子顕微鏡画像である。FIG. 7 is an electron microscope image showing the uneven pattern formed in Example 6. 図8は、比較例4において形成された凹凸パターンを示す電子顕微鏡画像である。FIG. 8 is an electron microscope image showing the uneven pattern formed in Comparative Example 4. 図9は、試験例2の耐熱試験における加熱前の凹凸パターンを示す電子顕微鏡画像である。FIG. 9 is an electron microscope image showing an uneven pattern before heating in the heat resistance test of Test Example 2. 図10は、試験例2の耐熱試験における加熱後の凹凸パターンを示す電子顕微鏡画像である。FIG. 10 is an electron microscope image showing an uneven pattern after heating in the heat resistance test of Test Example 2.

本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示すフローチャートであり、図2は、本実施形態に係るパターン形成方法におけるインプリント工程及び残膜部除去工程の各工程を切断端面図にて示す工程フロー図であり、図3は、本実施形態に係るパターン形成方法におけるガス暴露工程と凹凸構造体の製造方法におけるエッチング工程との各工程を切断端面図にて示す工程フロー図であり、図4は、本実施形態におけるガス暴露工程を実施可能な装置を概略的に示す構成図である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing each step of the pattern forming method according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cut end view of each step of the imprint step and the residual film portion removing step in the pattern forming method according to the present embodiment. FIG. 3 is a process flow chart showing each step of the gas exposure step in the pattern forming method according to the present embodiment and the etching step in the manufacturing method of the uneven structure in the cut end view. Yes, FIG. 4 is a configuration diagram schematically showing an apparatus capable of carrying out the gas exposure step in the present embodiment.

<インプリント工程>
第1面11及びそれに対向する第2面12を有する基材10を準備し、当該基材10の第1面11上に樹脂製凹凸パターン31を形成する(図1のS01,図2(A)~(C)参照)。
<Imprint process>
A base material 10 having a first surface 11 and a second surface 12 facing the first surface 11 is prepared, and a resin uneven pattern 31 is formed on the first surface 11 of the base material 10 (S01 in FIG. 1 and FIG. 2 (A). )-(C)).

基材10としては、例えば、石英ガラス、ソーダガラス、蛍石、フッ化カルシウム基板、フッ化マグネシウム基板、アクリルガラス等のガラス基板、ポリカーボネート基板、ポリプロピレン基板、ポリエチレン基板等の樹脂基板、これらのうちから任意に選択された2以上の基板を積層してなる積層基板等の透明基板;ニッケル基板、チタン基板、アルミニウム基板等の金属基板;シリコン基板、窒化ガリウム基板等の半導体基板等を用いることができる。 The base material 10 includes, for example, quartz glass, soda glass, fluorite, calcium fluoride substrate, magnesium fluoride substrate, glass substrate such as acrylic glass, polycarbonate substrate, polypropylene substrate, resin substrate such as polyethylene substrate, and among these. A transparent substrate such as a laminated substrate formed by laminating two or more substrates arbitrarily selected from the above; a metal substrate such as a nickel substrate, a titanium substrate, or an aluminum substrate; a semiconductor substrate such as a silicon substrate or a gallium nitride substrate may be used. can.

本実施形態においては、基材10の第1面11上に、金属クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸窒化クロム等からなるハードマスク層20が設けられている。本実施形態に係るパターン形成方法によれば、エッチング耐性を向上させた凹凸パターン33(図3(B)参照)を形成することができるため、ハードマスク層20の厚さ、すなわちハードマスク層20のエッチング量を大きくしても、ハードマスク層20のエッチング処理中に凹凸パターン33が消失することがない。したがって、本実施形態においては、ハードマスク層20の厚さを1~30nm程度にすることができ、これにより、基材10の第1面11側に形成される凹凸構造1a(図3(E)参照)のアスペクト比を大きくすることができる。なお、本実施形態において、このような態様に限定されるものではなく、ハードマスク層20は設けられていなくてもよい。 In the present embodiment, a hard mask layer 20 made of metallic chromium, chromium oxide, chromium nitride, chromium oxynitride, or the like is provided on the first surface 11 of the base material 10. According to the pattern forming method according to the present embodiment, the uneven pattern 33 with improved etching resistance (see FIG. 3B) can be formed, so that the thickness of the hard mask layer 20, that is, the hard mask layer 20 can be formed. Even if the etching amount of the hard mask layer 20 is increased, the uneven pattern 33 does not disappear during the etching process of the hard mask layer 20. Therefore, in the present embodiment, the thickness of the hard mask layer 20 can be set to about 1 to 30 nm, whereby the uneven structure 1a formed on the first surface 11 side of the base material 10 (FIG. 3 (E). )) The aspect ratio can be increased. It should be noted that the present embodiment is not limited to such an embodiment, and the hard mask layer 20 may not be provided.

基材10の厚さは、基板の強度、取り扱い適性等を考慮し、例えば、300μm~10mm程度の範囲で適宜設定され得る。なお、本実施形態において「透明」とは、波長300~450nmの光線の透過率が85%以上であることを意味し、好ましくは90%以上である。 The thickness of the base material 10 can be appropriately set in the range of, for example, about 300 μm to 10 mm in consideration of the strength of the substrate, handling suitability, and the like. In the present embodiment, "transparent" means that the transmittance of light rays having a wavelength of 300 to 450 nm is 85% or more, and is preferably 90% or more.

樹脂製凹凸パターン31を構成する樹脂材料は、後述するガス暴露工程(第1ガス暴露工程,図1のS03)にて凹凸パターン32に曝される第1ガスに含有される無機化合物との反応性を示す反応性官能基を有するものである限り、特に制限されない。当該樹脂材料として、一般にインプリントモールドを用いたインプリント処理に用いられるアクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の活性エネルギー線硬化型樹脂(例えば、紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂等)を例示することができる。第1ガスに含有される無機化合物との反応性を示す反応性官能基としては、例えば、カルボニル基、チオカルボニル基、アクリロイル基、ヒドロキシル基、スルファニル基、エポキシ基等が挙げられる。 The resin material constituting the resin uneven pattern 31 reacts with the inorganic compound contained in the first gas exposed to the uneven pattern 32 in the gas exposure step (first gas exposure step, S03 in FIG. 1) described later. As long as it has a reactive functional group exhibiting sex, it is not particularly limited. As the resin material, an active energy ray-curable resin such as an acrylic resin, a methacrylic resin, and an epoxy resin generally used for imprint processing using an imprint mold (for example, an ultraviolet curable resin and an electron beam curable resin). Etc.) can be exemplified. Examples of the reactive functional group showing reactivity with the inorganic compound contained in the first gas include a carbonyl group, a thiocarbonyl group, an acryloyl group, a hydroxyl group, a sulfanyl group, an epoxy group and the like.

樹脂製凹凸パターン31は、樹脂製凹凸パターン31に対応する凹凸パターン41が形成されたパターン形成面を有するインプリントモールド40(マスターモールド)を用いたインプリント処理を経て基材10の第1面11上に形成される。具体的には、まず、樹脂製凹凸パターン31に対応する凹凸パターン41を有するインプリントモールド40を準備するとともに、基材10のハードマスク層20上に活性エネルギー線硬化型樹脂を塗布し、インプリント樹脂膜30を形成する(図2(A)参照)。 The resin concavo-convex pattern 31 is the first surface of the base material 10 after being imprinted using an imprint mold 40 (master mold) having a pattern forming surface on which the concavo-convex pattern 41 corresponding to the resin concavo-convex pattern 31 is formed. Formed on 11. Specifically, first, an imprint mold 40 having an unevenness pattern 41 corresponding to the unevenness pattern 31 made of resin is prepared, and an active energy ray-curable resin is applied on the hard mask layer 20 of the base material 10 to inject. The printed resin film 30 is formed (see FIG. 2A).

次に、インプリント樹脂膜30にインプリントモールド40の凹凸パターン41を押し当てて凹凸パターン41内に活性エネルギー線硬化型樹脂を充填させ、その状態でインプリント樹脂膜30を硬化させる(図2(B)参照)。インプリント樹脂膜30を硬化させる方法としては、インプリント樹脂膜30を構成する樹脂材料の硬化タイプに応じた方法を採用すればよく、例えば、当該樹脂材料が紫外線硬化型樹脂であれば、インプリントモールド40を介してインプリント樹脂膜30に紫外線を照射する方法を採用することができる。 Next, the uneven pattern 41 of the imprint mold 40 is pressed against the imprint resin film 30 to fill the uneven pattern 41 with the active energy ray-curable resin, and the imprint resin film 30 is cured in that state (FIG. 2). (B)). As a method for curing the imprint resin film 30, a method corresponding to the curing type of the resin material constituting the imprint resin film 30 may be adopted. For example, if the resin material is an ultraviolet curable resin, the in-print resin film 30 may be cured. A method of irradiating the imprint resin film 30 with ultraviolet rays via the print mold 40 can be adopted.

硬化したインプリント樹脂膜30からインプリントモールド40を引き離す(図2(C)参照)。このようにして、複数の凸部31a及び凹部31bと、凹部31bの底部に位置する残膜部31cとを有する、樹脂製凹凸パターン31をインプリント法により形成することができる。 The imprint mold 40 is pulled away from the cured imprint resin film 30 (see FIG. 2C). In this way, the resin uneven pattern 31 having the plurality of convex portions 31a and concave portions 31b and the residual film portion 31c located at the bottom of the concave portions 31b can be formed by the imprint method.

樹脂製凹凸パターン31の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、ラインアンドスペース状、ホール状、ピラー状等、用途に応じた形状が挙げられる。樹脂製凹凸パターン31の寸法は、用途に応じた寸法であればよいが、5nm以上30nm未満(0X~2Xnm)、特に10nm以上20nm未満(1Xnm)であると、本実施形態に係るパターン形成方法の効果が顕著に現われるため好ましい。樹脂製凹凸パターン31のアスペクト比は、特に限定されるものではないが、例えば、0.5~10程度であるのが好ましく、より好ましくは0.5~2.5程度である。本実施形態においては、エッチングマスクとして利用され得る凹凸パターン33のエッチング耐性が向上しているため、比較的アスペクト比が小さくても(例えば、0.5~2.0程度)、エッチング処理中に凹凸パターン33が消失することなく、十分にエッチングマスクとしての機能が果たされ得る。 The shape of the resin uneven pattern 31 is not particularly limited, and examples thereof include a line-and-space shape, a hole shape, a pillar shape, and the like depending on the application. The size of the resin uneven pattern 31 may be any size according to the intended use, but if it is 5 nm or more and less than 30 nm (0X to 2X nm), particularly 10 nm or more and less than 20 nm (1X nm), the pattern forming method according to the present embodiment. This is preferable because the effect of The aspect ratio of the resin uneven pattern 31 is not particularly limited, but is preferably, for example, about 0.5 to 10, and more preferably about 0.5 to 2.5. In the present embodiment, since the etching resistance of the uneven pattern 33 that can be used as an etching mask is improved, even if the aspect ratio is relatively small (for example, about 0.5 to 2.0), during the etching process. The function as an etching mask can be sufficiently fulfilled without the uneven pattern 33 disappearing.

<残膜部除去工程>
インプリント工程(図1のS01,図2(A),(B))により形成された樹脂製の凹凸パターン31の凹部31bの底部には、所定の厚さ(1~20nm程度、好ましくは5~10nm程度)の残膜部31cが存在する(図2(C)参照)。この残膜部31cを有する樹脂製凹凸パターン31を後述するガス暴露工程(図1のS03~S06,図3(A),(B)参照)に付すと、樹脂製凹凸パターン31が変形してしまう。そこで、本実施形態においては、ガス暴露工程(図1のS03~S06,図3(A),(B)参照)を実施するよりも前に、残膜部31cを除去する(図2(D)参照)。これにより、基材10上に、残膜部31cが除去された凹凸パターン32が形成される。
<Remaining film removal process>
The bottom of the concave portion 31b of the resin uneven pattern 31 formed by the imprinting step (S01 in FIG. 1, FIG. 2 (A), (B)) has a predetermined thickness (about 1 to 20 nm, preferably 5). There is a residual film portion 31c (about 10 nm) (see FIG. 2C). When the resin uneven pattern 31 having the residual film portion 31c is subjected to a gas exposure step (see S03 to S06 in FIG. 16, FIGS. 3A and 3B) described later, the resin unevenness pattern 31 is deformed. It ends up. Therefore, in the present embodiment, the residual film portion 31c is removed before the gas exposure step (see S03 to S06 in FIG. 16, FIGS. 3A and 3B) is carried out (FIG. 2D). )reference). As a result, the uneven pattern 32 from which the residual film portion 31c is removed is formed on the base material 10.

残膜部31cを除去する方法としては、例えば、酸素プラズマによるアッシング処理、紫外光によるUVオゾン処理、真空紫外光によるVUV処理等が挙げられる。 Examples of the method for removing the residual film portion 31c include ashing treatment with oxygen plasma, UV ozone treatment with ultraviolet light, VUV treatment with vacuum ultraviolet light, and the like.

<ガス暴露工程>
次に、凹凸パターン32を有する基材10を所定のガスに曝す(図1のS03~S06)。具体的には、まず、ルイス酸性を示す無機化合物を含有し、キャリアガスとして窒素(N)等の不活性ガスを含有する第1ガスに凹凸パターン32を所定の条件で曝す(第1ガス暴露工程,図1のS03)。凹凸パターン32を第1ガスに曝すことで、凹凸パターン32内部において、凹凸パターン32を構成する樹脂材料の化学構造中の反応性官能基と無機化合物とを化学反応させることができる。なお、第1ガス暴露工程(図1のS03)における「所定の条件」は、凹凸パターン32の寸法、凹凸パターン32を構成する樹脂材料の種類、第1ガスに含有される無機化合物の種類、エッチング耐性が向上した凹凸パターン33をマスクとしてエッチングするハードマスク層20や基材10を構成する材料の種類等、様々な条件を考慮して条件出しを行い、適宜設定され得る。
<Gas exposure process>
Next, the base material 10 having the uneven pattern 32 is exposed to a predetermined gas (S03 to S06 in FIG. 1). Specifically, first, the unevenness pattern 32 is exposed to a first gas containing an inorganic compound showing Lewis acidity and containing an inert gas such as nitrogen (N 2 ) as a carrier gas under predetermined conditions (first gas). Exposure step, S03 in FIG. 1). By exposing the concavo-convex pattern 32 to the first gas, the reactive functional groups in the chemical structure of the resin material constituting the concavo-convex pattern 32 can be chemically reacted with the inorganic compound inside the concavo-convex pattern 32. The "predetermined conditions" in the first gas exposure step (S03 in FIG. 1) include the dimensions of the uneven pattern 32, the type of resin material constituting the uneven pattern 32, and the type of the inorganic compound contained in the first gas. Conditions can be set as appropriate in consideration of various conditions such as the hard mask layer 20 for etching using the uneven pattern 33 with improved etching resistance as a mask and the type of material constituting the base material 10.

第1ガスに含有される無機化合物としては、トリメチルアルミニウム(Al(CH),TMA)、メチルトリクロロシラン、トリス(ジメチルアミノ)アルミニウム、テトラキス(ジエチルアミノ)チタン(IV)、チタン(IV)イソプロポキシド、テトラクロロチタン(IV)、四塩化ケイ素、トリス(tert-ペントキシ)シラノール、ビス(エチルメチルアミノ)シラン等を例示することができる。第1ガスに含有される無機化合物がトリメチルアルミニウム(TMA)であって、反応性官能基がカルボニル基である場合、下記反応式(1)に示すようにトリメチルアルミニウム(TMA)とカルボニル基とが反応する。 Examples of the inorganic compound contained in the first gas include trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 , TMA), methyltrichlorosilane, tris (dimethylamino) aluminum, tetrakis (diethylamino) titanium (IV), and titanium (IV) iso. Examples thereof include propoxide, tetrachlorotitanium (IV), silicon tetrachloride, tris (tert-pentoxy) silanol, and bis (ethylmethylamino) silane. When the inorganic compound contained in the first gas is trimethylaluminum (TMA) and the reactive functional group is a carbonyl group, the trimethylaluminum (TMA) and the carbonyl group are as shown in the following reaction formula (1). react.

Figure 0007023391000001
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ガス暴露工程(図1のS03~S06)は、例えば、チャンバ51と、ガス投入口52及びガス排気口53を有し、被処理物(本実施形態においては凹凸パターン32が形成されている基材10)を載置可能なステージ54と、ステージ54上に載置された被処理物を加熱可能なヒータとを備える逐次気相化学反応装置50(図4参照)等を用いて行われ得る。なお、ガス暴露工程(図1のS03~06)は、ALD(atomic layer deposition)装置を用いて行われてもよい。 The gas exposure step (S03 to S06 in FIG. 1) has, for example, a chamber 51, a gas inlet 52, and a gas exhaust port 53, and is a base on which an object to be treated (in this embodiment, an uneven pattern 32 is formed). This can be performed using a sequential gas phase chemical reaction apparatus 50 (see FIG. 4) including a stage 54 on which the material 10) can be placed and a heater capable of heating the object to be processed placed on the stage 54. .. The gas exposure step (S03 to 06 in FIG. 1) may be performed using an ALD (atomic layer deposition) device.

凹凸パターン32を第1ガスに曝す時間(第1ガス暴露時間)は、1秒以上、好ましくは30~10000秒である。第1ガス暴露時間が1秒未満であると、第1ガスに含有される無機化合物が凹凸パターン32の最表面に位置する反応性官能基と結合して凹凸パターン32の最表面に化学吸着し、後述の第2ガスに含まれる酸化剤の作用により凹凸パターン32の表面に無機酸化物の薄膜(いわゆるALD膜)が形成されてしまう。凹凸パターン32の表面に酸化物の薄膜が形成されると、無機化合物が凹凸パターン32内部で反応し難くなるため、後述する第2ガス暴露工程(図1のS05)を含むガス暴露工程(図1のS03~S06)を複数回繰り返す間に、無機酸化物の薄膜が多層に形成されて、凹凸パターン32の寸法が変動してしまう。一方で、第1ガス暴露時間が1秒以上であれば、上記無機化合物が凹凸パターン32内部の反応性官能基とも反応・結合するため、凹凸パターン32の寸法を実質的に変動させることなく、エッチング耐性を向上させることができる。 The time for exposing the uneven pattern 32 to the first gas (first gas exposure time) is 1 second or longer, preferably 30 to 10000 seconds. When the exposure time of the first gas is less than 1 second, the inorganic compound contained in the first gas is bonded to the reactive functional group located on the outermost surface of the uneven pattern 32 and chemically adsorbed on the outermost surface of the uneven pattern 32. The action of the oxidizing agent contained in the second gas, which will be described later, causes a thin film of an inorganic oxide (so-called ALD film) to be formed on the surface of the uneven pattern 32. When a thin film of oxide is formed on the surface of the uneven pattern 32, it becomes difficult for the inorganic compound to react inside the uneven pattern 32. Therefore, a gas exposure step (FIG. 1) including a second gas exposure step (S05 in FIG. 1) described later is included. While repeating steps 1 (S03 to S06) a plurality of times, a thin film of an inorganic oxide is formed in multiple layers, and the dimensions of the uneven pattern 32 fluctuate. On the other hand, if the first gas exposure time is 1 second or more, the inorganic compound also reacts and bonds with the reactive functional group inside the uneven pattern 32, so that the dimensions of the uneven pattern 32 are not substantially changed. Etching resistance can be improved.

第1ガス暴露工程(図1のS03)において、凹凸パターン32を構成する樹脂材料の融点以下、好ましくはガラス転移温度未満の温度条件下で加熱しながら、凹凸パターン32を第1ガスに曝すのが好ましい。凹凸パターン32を加熱しながら第1ガスに曝すことで、凹凸パターン32内部において反応性官能基と第1ガスに含まれる無機化合物との反応を促進することができるが、本実施形態においては、第1ガス暴露時間が比較的長時間であるため、凹凸パターン32を構成する樹脂材料のガラス転移温度以上の温度条件下にて凹凸パターン32を第1ガスに曝してしまうと、樹脂製の凹凸パターン32が変形してしまうおそれがある。 In the first gas exposure step (S03 in FIG. 1), the concave-convex pattern 32 is exposed to the first gas while being heated under a temperature condition equal to or lower than the melting point of the resin material constituting the concave-convex pattern 32, preferably lower than the glass transition temperature. Is preferable. By exposing the concavo-convex pattern 32 to the first gas while heating it, the reaction between the reactive functional group and the inorganic compound contained in the first gas can be promoted inside the concavo-convex pattern 32. Since the first gas exposure time is relatively long, if the unevenness pattern 32 is exposed to the first gas under temperature conditions equal to or higher than the glass transition temperature of the resin material constituting the unevenness pattern 32, the unevenness made of resin is used. The pattern 32 may be deformed.

第1ガス暴露工程(図1のS03)におけるチャンバ51内の処理圧力条件は、133.3~1333.2Pa(1.0~10.0Torr)程度に設定されるのが好ましく、400.0~933.3Pa(3.0~7.0Torr)程度に設定されるのがより好ましい。処理圧力条件が133.3Pa(1Torr)未満であると、第1ガスに含有される無機化合物が凹凸パターン32の最表面に位置する反応性官能基と結合して凹凸パターン32の最表面に化学吸着し、後述の第2ガスに含まれる酸化剤の作用により凹凸パターン32の表面に無機酸化物の薄膜(いわゆるALD膜)が形成されてしまうおそれがある。 The processing pressure condition in the chamber 51 in the first gas exposure step (S03 in FIG. 1) is preferably set to about 133.3 to 1333.2 Pa (1.0 to 10.0 Torr), preferably 400.0 to 40. It is more preferable to set it to about 933.3 Pa (3.0 to 7.0 Torr). When the treatment pressure condition is less than 133.3 Pa (1 Torr), the inorganic compound contained in the first gas binds to the reactive functional group located on the outermost surface of the uneven pattern 32 and chemically forms on the outermost surface of the uneven pattern 32. There is a risk that a thin film of inorganic oxide (so-called ALD film) will be formed on the surface of the uneven pattern 32 due to the action of the oxidizing agent contained in the second gas, which will be described later.

チャンバ51内に供給される第1ガスの流量は、特に限定されるものではなく、例えば、8.45×10-4~5.07×10-2Pa・m/sec(5.0~300.0sccm)程度である。 The flow rate of the first gas supplied into the chamber 51 is not particularly limited, and is, for example, 8.45 × 10 -4 to 5.07 × 10 -2 Pa · m 3 / sec (5.0 to). It is about 300.0 sccm).

次に、チャンバ51内に窒素(N)等の不活性ガスを供給し、余剰の第1ガスをパージ(排気)する(図1のS04)。反応性官能基との反応に寄与しなかった無機化合物を含む第1ガスをチャンバ51内からパージ(排気)することで、後述する第2ガス暴露工程(図1のS05)による効果が良好に奏される。すなわち、凹凸パターン32内部の反応性官能基に結合した無機化合物部位に含まれる残余の反応活性基を効率的に加水分解することができる。かかる第1ガスパージ工程(図1のS04)は、例えば10~10000秒程度実施され得る。 Next, an inert gas such as nitrogen (N 2 ) is supplied into the chamber 51, and the surplus first gas is purged (exhausted) (S04 in FIG. 1). By purging (exhausting) the first gas containing the inorganic compound that did not contribute to the reaction with the reactive functional group from the inside of the chamber 51, the effect of the second gas exposure step (S05 in FIG. 1) described later is good. Played. That is, the residual reactive active group contained in the inorganic compound moiety bonded to the reactive functional group inside the uneven pattern 32 can be efficiently hydrolyzed. The first gas purging step (S04 in FIG. 1) can be carried out, for example, for about 10 to 10,000 seconds.

続いて、凹凸パターン32を、酸化剤を含有する第2ガスに所定の条件で曝す(第2ガス暴露工程,図1のS05)。第1ガスに曝された凹凸パターン32を第2ガスに曝すことで、凹凸パターン32を構成する樹脂材料の反応性官能基に結合した無機化合物部位に含まれる残余の反応活性基が加水分解されて水酸基に置換される。その後に脱水縮合反応が起こることで、凹凸パターン32のエッチング耐性を向上させることができる。なお、第2ガス暴露工程(図1のS05)における「所定の条件」は、凹凸パターン32の寸法、凹凸パターン32を構成する樹脂材料の種類、第2ガスに含有される酸化剤の種類、エッチング耐性が向上した凹凸パターン33をマスクとしてエッチングするハードマスク層20や基材10を構成する材料の種類等、様々な条件を考慮して条件出しを行い、適宜設定され得る。 Subsequently, the uneven pattern 32 is exposed to a second gas containing an oxidizing agent under predetermined conditions (second gas exposure step, S05 in FIG. 1). By exposing the concavo-convex pattern 32 exposed to the first gas to the second gas, the residual reactive active groups contained in the inorganic compound moiety bonded to the reactive functional group of the resin material constituting the concavo-convex pattern 32 are hydrolyzed. Is replaced with a hydroxyl group. Since the dehydration condensation reaction occurs after that, the etching resistance of the uneven pattern 32 can be improved. The "predetermined conditions" in the second gas exposure step (S05 in FIG. 1) include the dimensions of the uneven pattern 32, the type of the resin material constituting the uneven pattern 32, and the type of the oxidizing agent contained in the second gas. Conditions can be set as appropriate in consideration of various conditions such as the hard mask layer 20 for etching using the uneven pattern 33 with improved etching resistance as a mask and the type of material constituting the base material 10.

第2ガスに含有される酸化剤としては、反応性官能基と結合している無機化合物部位に含まれる残余の反応活性基を水酸基で置換可能なものであればよく、例えば、水(HO)、酸素(O)、オゾン、過酸化水素等が挙げられる。 The oxidizing agent contained in the second gas may be any as long as it can replace the residual reactive active group contained in the site of the inorganic compound bonded to the reactive functional group with a hydroxyl group, for example, water (H 2 ). O), oxygen (O 2 ), ozone, hydrogen peroxide and the like can be mentioned.

第1ガスに含有される無機化合物がトリメチルアルミニウムであり、反応性官能基がカルボニル基である場合、下記反応式(2)に示すように、カルボニル基に結合したジメチルアルミニウム部位に含まれる残余の反応活性基(2つのメチル基)が酸化剤としての水により加水分解されて水酸基に置換される。その後、下記反応式(3)に示すように、ジヒドロキシアルミニウム部位の脱水縮合反応が起こる。 When the inorganic compound contained in the first gas is trimethylaluminum and the reactive functional group is a carbonyl group, as shown in the following reaction formula (2), the residue contained in the dimethylaluminum moiety bonded to the carbonyl group. The reactive active group (two methyl groups) is hydrolyzed by water as an oxidizing agent and replaced with a hydroxyl group. Then, as shown in the following reaction formula (3), a dehydration condensation reaction of the dihydroxyaluminum moiety occurs.

Figure 0007023391000002
Figure 0007023391000002

Figure 0007023391000003
Figure 0007023391000003

凹凸パターン32を第2ガスに曝す時間(第2ガス暴露時間)は、好ましくは1~3600秒、より好ましくは30~1000秒である。第2ガス暴露時間が1秒未満であると、凹凸パターン32内部の反応性官能基に結合した無機化合物部位に含まれる残余の反応活性基の加水分解反応が十分に行われないおそれがある。 The time for exposing the uneven pattern 32 to the second gas (second gas exposure time) is preferably 1 to 3600 seconds, more preferably 30 to 1000 seconds. If the second gas exposure time is less than 1 second, the hydrolysis reaction of the residual reaction active group contained in the inorganic compound site bonded to the reactive functional group inside the uneven pattern 32 may not be sufficiently performed.

第2ガス暴露工程(図1のS05)において、第1ガス暴露工程(図1のS03)と同様に、凹凸パターン32を構成する樹脂材料の融点以下、好ましくはガラス転移温度未満の温度条件下で、凹凸パターン32を第1ガスに曝すのが好ましい。これにより、樹脂製の凹凸パターン32が軟化し、変形するのを防止しつつ、反応性官能基に結合した無機化合物部位に含まれる残余の反応活性基の加水分解反応を促進することができる。 In the second gas exposure step (S05 in FIG. 1), similarly to the first gas exposure step (S03 in FIG. 1), the temperature condition is equal to or lower than the melting point of the resin material constituting the uneven pattern 32, preferably lower than the glass transition temperature. Therefore, it is preferable to expose the uneven pattern 32 to the first gas. This makes it possible to promote the hydrolysis reaction of the residual reactive active group contained in the inorganic compound moiety bonded to the reactive functional group while preventing the uneven pattern 32 made of resin from being softened and deformed.

第2ガス暴露工程(図1のS05)におけるチャンバ51内の処理圧力条件は、133.3~1333.2Pa(1.0~10.0Torr)程度に設定されるのが好ましく、400.0~933.3Pa(3.0~7.0Torr)程度に設定されるのがより好ましい。 The processing pressure condition in the chamber 51 in the second gas exposure step (S05 in FIG. 1) is preferably set to about 133.3 to 1333.2 Pa (1.0 to 10.0 Torr), preferably 400.0 to 40. It is more preferable to set it to about 933.3 Pa (3.0 to 7.0 Torr).

次に、チャンバ51内に窒素(N)等の不活性ガスを供給し、余剰の第2ガスをパージ(排気)する(図1のS06)。かかる第2ガスパージ工程(図1のS06)は、例えば、30~10000秒程度実施され得る。 Next, an inert gas such as nitrogen (N 2 ) is supplied into the chamber 51, and the surplus second gas is purged (exhausted) (S06 in FIG. 1). The second gas purging step (S06 in FIG. 1) can be carried out, for example, for about 30 to 10000 seconds.

この一連のガス暴露工程(図1のS03~S06)を1サイクルとし、好ましくは複数サイクル繰り返す。より好ましくは、上記ガス暴露工程(図1のS03~S06)を3~5サイクル繰り返す。上記ガス暴露工程(図1のS03~S06)を複数サイクル繰り返すことで、無機化合物を凹凸パターン32内部で効率よく化学反応させることができる。その結果、凹凸パターン32の寸法を変動させることなく、エッチング耐性を効果的に向上させることができる。一方で、上記ガス暴露工程(図1のS03~S06)の繰り返し回数が多くなりすぎると(例えば、5サイクル超)、過剰な成分(無機酸化物)が凹凸パターン32の表面に析出し、凹凸パターン32の寸法を増大させてしまうおそれがある。 This series of gas exposure steps (S03 to S06 in FIG. 1) is set as one cycle, and preferably a plurality of cycles are repeated. More preferably, the gas exposure step (S03 to S06 in FIG. 1) is repeated for 3 to 5 cycles. By repeating the above gas exposure steps (S03 to S06 in FIG. 1) for a plurality of cycles, the inorganic compound can be efficiently chemically reacted inside the uneven pattern 32. As a result, the etching resistance can be effectively improved without changing the dimensions of the uneven pattern 32. On the other hand, if the number of repetitions of the gas exposure step (S03 to S06 in FIG. 1) becomes too large (for example, more than 5 cycles), an excess component (inorganic oxide) is deposited on the surface of the uneven pattern 32, and the unevenness is formed. There is a risk of increasing the dimensions of the pattern 32.

続いて、上述したガス暴露工程(図1のS03~S06)に付された凹凸パターン33をマスクとして用いて、ハードマスク層20をエッチングし、ハードマスクパターン21を形成する(図3(C)参照)。本実施形態においては、凹凸パターン33のエッチング耐性が向上していることで、ハードマスク層20のエッチング処理中に凹凸パターン33が消失してしまうのを防止することができる。したがって、寸法精度の極めて高いハードマスクパターン21が形成される。 Subsequently, the hard mask layer 20 is etched using the uneven pattern 33 attached to the gas exposure step (S03 to S06 in FIG. 1) as a mask to form the hard mask pattern 21 (FIG. 3 (C)). reference). In the present embodiment, since the etching resistance of the uneven pattern 33 is improved, it is possible to prevent the uneven pattern 33 from disappearing during the etching process of the hard mask layer 20. Therefore, the hard mask pattern 21 having extremely high dimensional accuracy is formed.

このようにして形成されたハードマスクパターン21をマスクとして用いて、基材10の第1面11側をエッチングし、凹凸構造1aを形成し(図3(D)参照)、最後にハードマスクパターン21を除去することで、凹凸構造体1が製造される(図3(E)参照)。本実施形態において製造される凹凸構造体1としては、例えば、ナノインプリントモールド、凹凸構造1aとしての配線パターンを有する半導体チップ等が挙げられる。 Using the hard mask pattern 21 thus formed as a mask, the first surface 11 side of the base material 10 is etched to form the uneven structure 1a (see FIG. 3D), and finally the hard mask pattern. By removing 21 (see FIG. 3E), the concave-convex structure 1 is manufactured. Examples of the concavo-convex structure 1 manufactured in the present embodiment include a nanoimprint mold, a semiconductor chip having a wiring pattern as the concavo-convex structure 1a, and the like.

上述したように、本実施形態においては、ハードマスクパターン21をエッチングにて形成するためにマスクとして用いられる凹凸パターン33が、極めてエッチング耐性に優れるものであることで、ハードマスクパターン21が高い精度で形成される。そのため、高精度なハードマスクパターン21をエッチングマスクとして用いて形成される凹凸構造1aもまた、高い精度で形成される。しかも、凹凸パターン33のエッチング耐性が向上していることで、ハードマスク層20(ハードマスクパターン21)の膜厚を厚くすることができる。そのため、アスペクト比の大きい凹凸構造1aを基材10の第1面11側に高い精度で形成することができる。以上のように、本実施形態によれば、高精度の凹凸構造1aを有する凹凸構造体1を製造することができる。 As described above, in the present embodiment, the uneven pattern 33 used as a mask for forming the hard mask pattern 21 by etching has extremely excellent etching resistance, so that the hard mask pattern 21 has high accuracy. Is formed by. Therefore, the uneven structure 1a formed by using the high-precision hard mask pattern 21 as an etching mask is also formed with high accuracy. Moreover, since the etching resistance of the uneven pattern 33 is improved, the film thickness of the hard mask layer 20 (hard mask pattern 21) can be increased. Therefore, the uneven structure 1a having a large aspect ratio can be formed on the first surface 11 side of the base material 10 with high accuracy. As described above, according to the present embodiment, it is possible to manufacture the concavo-convex structure 1 having the concavo-convex structure 1a with high accuracy.

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

上記実施形態においては、第1面11にハードマスク層20が形成されている基材10における当該ハードマスク層20上に凹凸パターン32を形成する態様を例に挙げて説明したが(図2(A)~(D)参照)、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、ハードマスク層20を有しない基材10の第1面11上に凹凸パターン32を形成してもよい。一般に、凹凸パターン32を構成する樹脂材料としては、基材10を構成する材料のエッチングレートとの差の小さいものが多く、エッチング耐性を向上させていない凹凸パターンをマスクとして基材10をエッチングすると、基材10のエッチング処理中に凹凸パターンが消失してしまう問題や、凹凸パターンが完全に消失しなくても凹凸パターンの肩部がエッチングされて基材10の第1面11に形成される凹凸構造の寸法精度が低下してしまう問題が発生する。しかしながら、上記実施形態において形成される凹凸パターン33は、極めて優れたエッチング耐性を有するため、寸法精度の良好な凹凸構造1aを基材10の第1面11側に形成することができる。 In the above embodiment, an embodiment in which the uneven pattern 32 is formed on the hard mask layer 20 in the base material 10 on which the hard mask layer 20 is formed on the first surface 11 has been described as an example (FIG. 2 (FIG. 2). A)-(D)), the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the uneven pattern 32 may be formed on the first surface 11 of the base material 10 having no hard mask layer 20. In general, many of the resin materials constituting the uneven pattern 32 have a small difference from the etching rate of the material constituting the base material 10, and when the base material 10 is etched using the uneven pattern that does not improve the etching resistance as a mask. The problem that the uneven pattern disappears during the etching process of the base material 10 and the shoulder portion of the uneven pattern is etched and formed on the first surface 11 of the base material 10 even if the uneven pattern does not completely disappear. There is a problem that the dimensional accuracy of the uneven structure is lowered. However, since the uneven pattern 33 formed in the above embodiment has extremely excellent etching resistance, the uneven structure 1a having good dimensional accuracy can be formed on the first surface 11 side of the base material 10.

以下、実施例等を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例等に何ら制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and the like, but the present invention is not limited to the following examples and the like.

〔実施例1〕
反応性官能基としてのカルボニル基を有する電子線レジスト(ZEP520A,日本ゼオン社製)をシリコンウェハの一方面(第1面)上にスピンコートで塗布し、膜厚70nmのレジスト膜を形成した。ALD装置(ウルトラテック社製,製品名:SavannahS200)のチャンバに当該シリコンウェハをセットしてガス暴露工程(図1、S03~S06)を実施した。
[Example 1]
An electron beam resist (ZEP520A, manufactured by Zeon Corporation) having a carbonyl group as a reactive functional group was applied by spin coating on one surface (first surface) of a silicon wafer to form a resist film having a film thickness of 70 nm. The silicon wafer was set in the chamber of the ALD apparatus (manufactured by Ultratech, product name: Savannah S200), and the gas exposure step (FIG. 1, S03 to S06) was carried out.

ガス暴露工程においては、まず、下記条件にて、トリメチルアルミニウム(TMA)を含有する第1ガスをチャンバ内に供給した(図1,S03)。
キャリアガス:窒素(N
処理圧力条件:466.6Pa(3.5Torr)
処理時間:1200秒
ガス流量:3.38×10-3Pa・m/sec(20sccm)
チャンバ内温度:85℃
In the gas exposure step, first, a first gas containing trimethylaluminum (TMA) was supplied into the chamber under the following conditions (FIGS. 1 and S03).
Carrier gas: Nitrogen (N 2 )
Processing pressure condition: 466.6 Pa (3.5 Torr)
Processing time: 1200 seconds Gas flow rate: 3.38 × 10 -3 Pa ・ m 3 / sec (20 sccm)
Chamber temperature: 85 ° C

次に、窒素(N)を30秒間チャンバ内に供給し、チャンバ内に残存する第1ガスをパージした後(図1、S04)、下記条件にて、第2ガス(HO)をチャンバ内に供給した(図1,S05)。
処理圧力条件:933.2Pa(7.0Torr)
処理時間:500秒
ガス流量:3.38×10-3Pa・m/sec(20sccm)
チャンバ内温度:85℃
Next, nitrogen (N 2 ) is supplied into the chamber for 30 seconds to purge the first gas remaining in the chamber (FIGS. 1, S04), and then the second gas (H 2 O) is supplied under the following conditions. It was supplied into the chamber (FIGS. 1, S05).
Processing pressure condition: 933.2 Pa (7.0 Torr)
Processing time: 500 seconds Gas flow rate: 3.38 × 10 -3 Pa ・ m 3 / sec (20 sccm)
Chamber temperature: 85 ° C

最後に、窒素(N)を30秒間チャンバ内に供給し、チャンバ内に残存する第2ガスをパージした(図1,S06)。 Finally, nitrogen (N 2 ) was supplied into the chamber for 30 seconds to purge the second gas remaining in the chamber (FIGS. 1, S06).

一連のガス暴露工程を3サイクル実施した後、段差計(Bruker社製,製品名:DimensionX3D)を用いてシリコンウェハの第1面上のレジスト膜厚(エッチング前)を測定した。 After performing a series of gas exposure steps for 3 cycles, the resist film thickness (before etching) on the first surface of the silicon wafer was measured using a step meter (manufactured by Bruker, product name: DistanceX3D).

ガス暴露工程後のシリコンウェハの第1面側に、塩素系ガス(Cl+O)によるドライエッチング処理(エッチング時間:60秒)を施し、エッチング処理後のシリコンウェハの第1面上のレジスト膜厚(エッチング後)を、段差計(Bruker社製,製品名:DimensionX3D)を用いて測定した。レジスト膜厚測定結果を図5に示す。 The first surface side of the silicon wafer after the gas exposure step is subjected to dry etching treatment (etching time: 60 seconds) with chlorine-based gas (Cl 2 + O 2 ), and the resist on the first surface of the silicon wafer after the etching treatment is performed. The film thickness (after etching) was measured using a step meter (manufactured by Bruker, product name: DistanceX3D). The resist film thickness measurement result is shown in FIG.

〔実施例2〕
一連のガス暴露工程を5サイクル実施した以外は、実施例1と同様にしてシリコンウェハの第1面上のレジスト膜厚(エッチング前及びエッチング後)を測定した。レジスト膜厚測定結果を図5にあわせて示す。
[Example 2]
The resist film thickness (before and after etching) on the first surface of the silicon wafer was measured in the same manner as in Example 1 except that a series of gas exposure steps were carried out for 5 cycles. The resist film thickness measurement results are also shown in FIG.

〔実施例3〕
一連のガス暴露工程を10サイクル実施した以外は、実施例1と同様にしてシリコンウェハの第1面上のレジスト膜厚(エッチング前及びエッチング後)を測定した。レジスト膜厚測定結果を図5にあわせて示す。
[Example 3]
The resist film thickness (before and after etching) on the first surface of the silicon wafer was measured in the same manner as in Example 1 except that a series of gas exposure steps were carried out for 10 cycles. The resist film thickness measurement results are also shown in FIG.

〔比較例1〕
一連のガス暴露工程を1サイクル実施した以外は、実施例1と同様にしてシリコンウェハの第1面上のレジスト膜厚(エッチング前及びエッチング後)を測定した。レジスト膜厚測定結果を図5にあわせて示す。
[Comparative Example 1]
The resist film thickness (before and after etching) on the first surface of the silicon wafer was measured in the same manner as in Example 1 except that a series of gas exposure steps were carried out for one cycle. The resist film thickness measurement results are also shown in FIG.

〔実施例4〕
第1ガスを供給する処理時間を100秒とした以外は、実施例2と同様にしてシリコンウェハの第1面上のレジスト膜厚(エッチング前及びエッチング後)を測定した。レジスト膜厚測定結果を図5にあわせて示す。
[Example 4]
The resist film thickness (before and after etching) on the first surface of the silicon wafer was measured in the same manner as in Example 2 except that the processing time for supplying the first gas was 100 seconds. The resist film thickness measurement results are also shown in FIG.

〔実施例5〕
第1ガスを供給する処理時間を100秒とした以外は、実施例3と同様にしてシリコンウェハの第1面上のレジスト膜厚(エッチング前及びエッチング後)を測定した。レジスト膜厚測定結果を図5にあわせて示す。
[Example 5]
The resist film thickness (before and after etching) on the first surface of the silicon wafer was measured in the same manner as in Example 3 except that the processing time for supplying the first gas was 100 seconds. The resist film thickness measurement results are also shown in FIG.

〔比較例2〕
第1ガスを供給する処理時間を100秒とした以外は、比較例1と同様にしてシリコンウェハの第1面上のレジスト膜厚(エッチング前及びエッチング後)を測定した。レジスト膜厚測定結果を図5にあわせて示す。
[Comparative Example 2]
The resist film thickness (before and after etching) on the first surface of the silicon wafer was measured in the same manner as in Comparative Example 1 except that the processing time for supplying the first gas was 100 seconds. The resist film thickness measurement results are also shown in FIG.

〔比較例3〕
第1ガスを供給する処理時間を100秒とした以外は、実施例1と同様にしてシリコンウェハの第1面上のレジスト膜厚(エッチング前及びエッチング後)を測定した。レジスト膜厚測定結果を図5にあわせて示す。
[Comparative Example 3]
The resist film thickness (before and after etching) on the first surface of the silicon wafer was measured in the same manner as in Example 1 except that the processing time for supplying the first gas was 100 seconds. The resist film thickness measurement results are also shown in FIG.

実施例1~5及び比較例1~3における塩素系ガス(Cl+O)によるドライエッチング処理は、ハードマスク層としての金属クロム膜(膜厚:1~100nm)をエッチングしてハードマスクパターンを形成する一般的な処理方法及び処理条件である。図5に示すように、実施例1~5においては、ドライエッチング処理後にレジストが十分に残存していることが窺える。この結果から、適切な条件を設定した上でガス暴露工程(図1,S03~S06)を行うことで、レジストパターンのエッチング耐性を向上させ得るということができる。 In the dry etching treatment with chlorine-based gas (Cl 2 + O 2 ) in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, a metal chromium film (thickness: 1 to 100 nm) as a hard mask layer is etched to obtain a hard mask pattern. It is a general treatment method and treatment condition to form. As shown in FIG. 5, in Examples 1 to 5, it can be seen that a sufficient amount of resist remains after the dry etching process. From this result, it can be said that the etching resistance of the resist pattern can be improved by performing the gas exposure step (FIGS. 1, S03 to S06) after setting appropriate conditions.

〔試験例1〕
一連のガス暴露工程後のシリコンウェハ(実施例2)の第1面側からの深さ方向における組成を、飛行時間型二次イオン質量分析装置(TOF-SIMS装置,ionTOF社製,製品名:TOF-SIMS5)を用いて分析した。結果を図6に示す。
[Test Example 1]
The composition of the silicon wafer (Example 2) after a series of gas exposure steps in the depth direction from the first surface side is determined by the time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS device, manufactured by ionTOF), product name: Analysis was performed using TOF-SIMS5). The results are shown in FIG.

図6に示すように、シリコンウェハの第1面上に形成されたレジスト膜内に、アルミニウム酸化物が含まれていることが確認された。このことから、第1ガス暴露工程によりTMAがレジスト膜内部で化学反応していることが確認された。 As shown in FIG. 6, it was confirmed that the resist film formed on the first surface of the silicon wafer contained aluminum oxide. From this, it was confirmed that the TMA chemically reacted inside the resist film by the first gas exposure step.

この結果から、反応性官能基を有する樹脂材料により構成される凹凸パターン32を、無機化合物を含有する第1ガスに曝し、無機化合物を凹凸パターン32内部で化学反応させた後、酸化剤を含有する第2ガスに凹凸パターン32を曝すことで、凹凸パターン32のエッチング耐性を向上させ得ると推察される。 From this result, the uneven pattern 32 composed of the resin material having the reactive functional group is exposed to the first gas containing the inorganic compound, the inorganic compound is chemically reacted inside the uneven pattern 32, and then the oxidizing agent is contained. It is presumed that the etching resistance of the uneven pattern 32 can be improved by exposing the uneven pattern 32 to the second gas.

〔実施例6〕
反応性官能基としてのアクリロイル基を有する、下記組成の紫外線硬化型樹脂組成物を石英ガラス基板10(152mm×152mm)の第1面11側のハードマスク層20上にインクジェットで塗布した。凹凸パターン41(ラインアンドスペース状、寸法:60nm)を有するインプリントモールド40を準備し、当該インプリントモールド40を用いて凹凸パターン41をハードマスク層20上の紫外線硬化型樹脂組成物の液滴に接触させることで、当該紫外線硬化型樹脂組成物をハードマスク層20上に展開させ、インプリント樹脂膜30を形成した。その状態で紫外線を照射してインプリント樹脂膜30を硬化させ、インプリントモールド40を引き離すことによりハードマスク層20上に樹脂製凹凸パターン31を形成した。
[Example 6]
An ultraviolet curable resin composition having an acryloyl group as a reactive functional group and having the following composition was applied by inkjet on the hard mask layer 20 on the first surface 11 side of the quartz glass substrate 10 (152 mm × 152 mm). An imprint mold 40 having an uneven pattern 41 (line and space shape, dimension: 60 nm) is prepared, and the uneven pattern 41 is applied to the uneven pattern 41 on the hard mask layer 20 by using the imprint mold 40 as droplets of an ultraviolet curable resin composition. The ultraviolet curable resin composition was developed on the hard mask layer 20 to form an imprint resin film 30. In that state, the imprint resin film 30 was cured by irradiating with ultraviolet rays, and the imprint mold 40 was separated to form a resin uneven pattern 31 on the hard mask layer 20.

<紫外線硬化型樹脂組成>
・イソボルニルアクリレート 38質量%
・エチレングリコールジアクリレート 20質量%
・ブチルアクリレート 38質量%
・2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン 2質量%
・2-ペルフルオロデシルエチルアクリレート 1質量%
・メチルペルフルオロオクタノレート 1質量%
<UV curable resin composition>
-Isobornyl acrylate 38% by mass
-Ethylene glycol diacrylate 20% by mass
-Butyl acrylate 38% by mass
-2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1-one 2% by mass
-2-Perfluorodecylethyl acrylate 1% by mass
Methylperfluorooctanoate 1% by mass

樹脂製凹凸パターン31の残膜部31cを、酸素プラズマアッシング処理により除去した後、ALD装置(ウルトラテック社製,製品名:SavannahS200)のチャンバに石英ガラス基板10をセットしてガス暴露工程(図1、S03~S06)を実施した。 After removing the residual film portion 31c of the resin uneven pattern 31 by oxygen plasma ashing treatment, the quartz glass substrate 10 is set in the chamber of the ALD device (manufactured by Ultratech Co., Ltd., product name: Savannah S200) and the gas exposure step (FIG. 1, S03 to S06) were carried out.

ガス暴露工程においては、まず、下記条件にて、トリメチルアルミニウム(TMA)を含有する第1ガスをチャンバ内に供給した(図1,S03)。
キャリアガス:窒素(N
処理圧力条件:466.6Pa(3.5Torr)
処理時間:1200秒
ガス流量:3.38×10-3Pa・m/sec(20sccm)
チャンバ内温度:85℃
In the gas exposure step, first, a first gas containing trimethylaluminum (TMA) was supplied into the chamber under the following conditions (FIGS. 1 and S03).
Carrier gas: Nitrogen (N 2 )
Processing pressure condition: 466.6 Pa (3.5 Torr)
Processing time: 1200 seconds Gas flow rate: 3.38 × 10 -3 Pa ・ m 3 / sec (20 sccm)
Chamber temperature: 85 ° C

次に、窒素(N)を30秒間チャンバ内に供給し、チャンバ内に残存する第1ガスをパージした後(図1、S04)、下記条件にて、第2ガス(HO)をチャンバ内に供給した(図1,S05)。
処理圧力条件:933.2Pa(7.0Torr)
処理時間:500秒
ガス流量:3.38×10-3Pa・m/sec(20sccm)
チャンバ内温度:85℃
Next, nitrogen (N 2 ) is supplied into the chamber for 30 seconds to purge the first gas remaining in the chamber (FIGS. 1, S04), and then the second gas (H 2 O) is supplied under the following conditions. It was supplied into the chamber (FIGS. 1, S05).
Processing pressure condition: 933.2 Pa (7.0 Torr)
Processing time: 500 seconds Gas flow rate: 3.38 × 10 -3 Pa ・ m 3 / sec (20 sccm)
Chamber temperature: 85 ° C

最後に、窒素(N)を30秒間チャンバ内に供給し、チャンバ内に残存する第2ガスをパージした(図1,S06)。一連のガス暴露工程を5サイクル実施した後、電子顕微鏡(LWM9000,Leica社製)を用いて凹凸パターン32を観察した。当該凹凸パターン32のSEM画像を図7に示す。 Finally, nitrogen (N 2 ) was supplied into the chamber for 30 seconds to purge the second gas remaining in the chamber (FIGS. 1, S06). After performing a series of gas exposure steps for 5 cycles, the uneven pattern 32 was observed using an electron microscope (LWM9000, manufactured by Leica). The SEM image of the unevenness pattern 32 is shown in FIG.

〔比較例4〕
樹脂製凹凸パターン31の残膜部31cを除去することなく、合成石英基板をガス暴露工程に付した以外は、実施例1と同様にしてガス暴露工程後の凹凸パターンを観察した。当該凹凸パターンのSEM画像を図8に示す。
[Comparative Example 4]
The unevenness pattern after the gas exposure step was observed in the same manner as in Example 1 except that the synthetic quartz substrate was subjected to the gas exposure step without removing the residual film portion 31c of the resin uneven pattern 31. An SEM image of the uneven pattern is shown in FIG.

図7及び図8に示すように、実施例6の凹凸パターン32は変形を生じさせていないが、比較例4の凹凸パターンにおいては、紫外線硬化型樹脂からなる凹凸パターンが、部分的に軟化するようにして変形していることが確認された。これらの結果から、ガス暴露工程を実施する前に残膜部31cを除去することで、凹凸パターン32の変形を防止可能であることが明らかとなった。 As shown in FIGS. 7 and 8, the uneven pattern 32 of Example 6 is not deformed, but in the uneven pattern of Comparative Example 4, the uneven pattern made of the ultraviolet curable resin is partially softened. It was confirmed that it was deformed in this way. From these results, it was clarified that the deformation of the uneven pattern 32 can be prevented by removing the residual film portion 31c before carrying out the gas exposure step.

〔試験例2〕
比較例4の凹凸パターンが軟化するようにして変形したことから、ガス暴露工程(図1,S03~S06)における加熱が凹凸パターンの変形の要因であるか否かを確かめるために、以下のようにして耐熱試験を行った。
[Test Example 2]
Since the uneven pattern of Comparative Example 4 was deformed so as to soften, it is as follows to confirm whether or not the heating in the gas exposure step (FIGS. 1, S03 to S06) is the cause of the deformation of the uneven pattern. And a heat resistance test was conducted.

実施例6と同様にして残膜部31cを除去する前の樹脂製凹凸パターン31を作成し、当該樹脂製凹凸パターン31に、90℃で1時間の加熱処理(ベーク処理)を施した。そして、電子顕微鏡(SU-8000,日立製作所社製)を用いて加熱処理前後の樹脂製凹凸パターン31を観察した。加熱処理前の樹脂製凹凸パターン31のSEM画像を図9に、加熱処理後の樹脂製凹凸パターン31のSEM画像を図10に示す。 A resin concavo-convex pattern 31 before removing the residual film portion 31c was prepared in the same manner as in Example 6, and the resin concavo-convex pattern 31 was heat-treated (baked) at 90 ° C. for 1 hour. Then, the resin uneven pattern 31 before and after the heat treatment was observed using an electron microscope (SU-8000, manufactured by Hitachi, Ltd.). FIG. 9 shows an SEM image of the resin uneven pattern 31 before the heat treatment, and FIG. 10 shows an SEM image of the resin uneven pattern 31 after the heat treatment.

図9及び図10に示すSEM画像から明らかなように、樹脂製凹凸パターン31に加熱処理を施しても、樹脂製凹凸パターン31の変形は生じないことが確認された。この結果から、一連のガス暴露工程(図1,S03~S06)により樹脂製凹凸パターン31の内部で当該凹凸パターン31を構成する紫外線硬化型樹脂に、第1ガスに含まれる無機化合物が化学反応することで、当該樹脂製凹凸パターン31に歪みが生じ、特に残膜部31cを介して樹脂製凹凸パターン31(凸部31a)が繋がっているために大きな歪みが生じると考えられる。それにより当該樹脂製凹凸パターン31(凸部31a)が変形するものと推察される。一方、実施例6のように、樹脂製凹凸パターン31の残膜部31cを除去した後にガス暴露工程(図1,S03~S06)を実施することで、凹凸パターン32の各凸部が石英ガラス基板10上で独立することになる。そのため、凹凸パターン32の歪みによる変形が抑制されるものと考えられる。 As is clear from the SEM images shown in FIGS. 9 and 10, it was confirmed that the resin uneven pattern 31 is not deformed even if the resin uneven pattern 31 is heat-treated. From this result, the inorganic compound contained in the first gas chemically reacts with the ultraviolet curable resin constituting the unevenness pattern 31 inside the resin unevenness pattern 31 by a series of gas exposure steps (FIGS. 1, S03 to S06). As a result, the resin uneven pattern 31 is distorted, and it is considered that a large distortion is particularly caused because the resin uneven pattern 31 (convex portion 31a) is connected via the residual film portion 31c. As a result, it is presumed that the resin uneven pattern 31 (convex portion 31a) is deformed. On the other hand, as in Example 6, by performing the gas exposure step (FIGS. 1, S03 to S06) after removing the residual film portion 31c of the resin concavo-convex pattern 31, each convex portion of the concavo-convex pattern 32 is made of quartz glass. It will be independent on the substrate 10. Therefore, it is considered that the deformation of the uneven pattern 32 due to the distortion is suppressed.

よって、実施例6のように、ガス暴露工程を実施する前に残膜部31cを除去することで、凹凸パターン32の変形を防止することができ、エッチング耐性を向上させてなる凹凸パターン32を形成可能であることが確認された。 Therefore, as in Example 6, by removing the residual film portion 31c before performing the gas exposure step, the unevenness pattern 32 can be prevented from being deformed, and the unevenness pattern 32 having improved etching resistance can be obtained. It was confirmed that it can be formed.

本発明は、レプリカモールドや半導体デバイスの製造過程等においてエッチングマスクとして用いられる樹脂製凹凸パターンをインプリント法により形成する方法として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a method for forming a resin uneven pattern used as an etching mask in a replica mold, a semiconductor device manufacturing process, or the like by an imprint method.

1…凹凸構造体
10…基材
11…第1面
12…第2面
20…ハードマスク層
21…ハードマスクパターン
31…樹脂製凹凸パターン(樹脂パターン)
31a…凸部
31b…凹部
31c…残膜部
32…凹凸パターン
40…インプリントモールド
41…凹凸パターン
1 ... Concavo-convex structure 10 ... Base material 11 ... First surface 12 ... Second surface 20 ... Hard mask layer 21 ... Hard mask pattern 31 ... Resin concavo-convex pattern (resin pattern)
31a ... Convex portion 31b ... Concave portion 31c ... Remaining film portion 32 ... Concavo-convex pattern 40 ... Imprint mold 41 ... Concavo-convex pattern

Claims (11)

第1面及びそれに対向する第2面を有する基材と、複数の凹パターンが形成されてなるパターン形成面を有するインプリントモールドとを準備し、前記基材の第1面と前記インプリントモールドのパターン形成面との間に活性エネルギー線硬化型樹脂を介在させてインプリント処理を行い、前記複数の凹パターンに対応する複数の凸部、複数の凹部及び前記凹部の底部に位置する残膜部を有する樹脂パターンを前記基材の前記第1面上に形成するパターン形成工程と、
前記樹脂パターンの前記残膜部を除去する残膜部除去工程と、
ルイス酸性を示す無機化合物を含有する第1ガスに前記残膜部が除去された前記樹脂パターンを所定の条件で曝すことで、前記無機化合物と前記樹脂パターンを構成する前記活性エネルギー線硬化型樹脂とを前記樹脂パターン内部にて化学反応させる第1ガス暴露工程と、
前記第1ガス暴露工程後、酸化剤を含有する第2ガスに前記樹脂パターンを曝す第2ガス暴露工程と
を有し、
前記第1ガス暴露工程及び前記第2ガス暴露工程のそれぞれを1秒以上行うことを特徴とするパターン形成方法。
A base material having a first surface and a second surface facing the first surface and an imprint mold having a pattern forming surface formed by forming a plurality of concave patterns are prepared, and the first surface of the base material and the imprint mold are prepared. An active energy ray-curable resin is interposed between the pattern-forming surface and the imprint process, and a plurality of convex portions, a plurality of concave portions, and a residual film located at the bottom of the concave portions corresponding to the plurality of concave patterns are performed. A pattern forming step of forming a resin pattern having a portion on the first surface of the base material,
A step of removing the residual film portion of the resin pattern and a step of removing the residual film portion.
By exposing the resin pattern from which the residual film portion has been removed to a first gas containing an inorganic compound exhibiting Lewis acidity under predetermined conditions, the inorganic compound and the active energy ray-curable resin constituting the resin pattern are formed. In the first gas exposure step of chemically reacting with and inside the resin pattern,
After the first gas exposure step, it has a second gas exposure step of exposing the resin pattern to a second gas containing an oxidizing agent.
A pattern forming method, characterized in that each of the first gas exposure step and the second gas exposure step is performed for 1 second or longer .
第1面及びそれに対向する第2面を有する基材と、複数の凹パターンが形成されてなるパターン形成面を有するインプリントモールドとを準備し、前記基材の第1面と前記インプリントモールドのパターン形成面との間に活性エネルギー線硬化型樹脂を介在させてインプリント処理を行い、前記複数の凹パターンに対応する複数の凸部、複数の凹部及び前記凹部の底部に位置する残膜部を有する樹脂パターンを前記基材の前記第1面上に形成するパターン形成工程と、A base material having a first surface and a second surface facing the first surface and an imprint mold having a pattern forming surface formed by forming a plurality of concave patterns are prepared, and the first surface of the base material and the imprint mold are prepared. An active energy ray-curable resin is interposed between the pattern-forming surface and the imprint process, and a plurality of convex portions, a plurality of concave portions, and a residual film located at the bottom of the concave portions corresponding to the plurality of concave patterns are performed. A pattern forming step of forming a resin pattern having a portion on the first surface of the base material,
前記樹脂パターンの前記残膜部を除去する残膜部除去工程と、A step of removing the residual film portion of the resin pattern and a step of removing the residual film portion.
ルイス酸性を示す無機化合物を含有する第1ガスに前記残膜部が除去された前記樹脂パターンを所定の条件で曝すことで、前記無機化合物と前記樹脂パターンを構成する前記活性エネルギー線硬化型樹脂とを前記樹脂パターン内部にて化学反応させる第1ガス暴露工程と、By exposing the resin pattern from which the residual film portion has been removed to a first gas containing an inorganic compound exhibiting Lewis acidity under predetermined conditions, the inorganic compound and the active energy ray-curable resin constituting the resin pattern are formed. In the first gas exposure step of chemically reacting with and inside the resin pattern,
前記第1ガス暴露工程後、酸化剤を含有する第2ガスに前記樹脂パターンを曝す第2ガス暴露工程とAfter the first gas exposure step, the second gas exposure step of exposing the resin pattern to the second gas containing an oxidizing agent
を有し、Have,
前記第1ガス暴露工程において、前記樹脂パターンを構成する樹脂材料のガラス転移温度未満の温度条件下で加熱し、前記第1ガスに前記残膜部が除去された前記樹脂パターンを曝し、In the first gas exposure step, the resin material constituting the resin pattern is heated under a temperature condition lower than the glass transition temperature, and the resin pattern from which the residual film portion is removed is exposed to the first gas.
前記第2ガス暴露工程において、前記樹脂パターンを構成する樹脂材料のガラス転移温度未満の温度条件下で加熱し、前記第2ガスに前記樹脂パターンを曝すことを特徴とするパターン形成方法。A pattern forming method, characterized in that, in the second gas exposure step, the resin material constituting the resin pattern is heated under a temperature condition lower than the glass transition temperature, and the resin pattern is exposed to the second gas.
前記第1ガス暴露工程及び前記第2ガス暴露工程を含むガス暴露工程を複数回繰り返し行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to claim 1 or 2 , wherein the gas exposure step including the first gas exposure step and the second gas exposure step is repeated a plurality of times. 前記第1ガス暴露工程において前記第1ガスに前記樹脂パターンを曝す時間が、前記第2ガス暴露工程において前記第2ガスに前記樹脂パターンを曝す時間よりも長いことを特徴とする請求項に記載のパターン形成方法。 3. The third aspect of the present invention is characterized in that the time for exposing the resin pattern to the first gas in the first gas exposure step is longer than the time for exposing the resin pattern to the second gas in the second gas exposure step. The pattern forming method described. 前記第1ガス暴露工程において前記第1ガスに前記樹脂パターンを曝す時間が、前記第2ガス暴露工程において前記第2ガスに前記樹脂パターンを曝す時間よりも短く、
前記ガス暴露工程を5回以上繰り返し行うことを特徴とする請求項に記載のパターン形成方法。
The time for exposing the resin pattern to the first gas in the first gas exposure step is shorter than the time for exposing the resin pattern to the second gas in the second gas exposure step.
The pattern forming method according to claim 3 , wherein the gas exposure step is repeated 5 times or more.
前記残膜部の厚さが1~20nmであることを特徴とする請求項1~のいずれかに記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the thickness of the residual film portion is 1 to 20 nm. 前記樹脂パターンの寸法が、ハーフピッチで5nm以上30nm未満であることを特徴とする請求項1~のいずれかに記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to any one of claims 1 to 6 , wherein the size of the resin pattern is 5 nm or more and less than 30 nm at a half pitch. 前記樹脂パターンのアスペクト比が、0.5~2.5であることを特徴とする請求項1~のいずれかに記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to any one of claims 1 to 7 , wherein the resin pattern has an aspect ratio of 0.5 to 2.5. 前記基材が、石英ガラス基板又はシリコン基板であることを特徴とする請求項1~のいずれかに記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to any one of claims 1 to 8 , wherein the substrate is a quartz glass substrate or a silicon substrate. 請求項1~のいずれかに記載のパターン形成方法により、前記基材の前記第1面上にパターンを形成し、
前記パターンをマスクとして、前記基材の前記第1面側をエッチングすることを特徴とする凹凸構造体の製造方法。
A pattern is formed on the first surface of the base material by the pattern forming method according to any one of claims 1 to 9 .
A method for manufacturing an uneven structure, which comprises etching the first surface side of the base material using the pattern as a mask.
前記第1面上にハードマスク層が形成されてなる前記基材における前記ハードマスク層上に、請求項1~のいずれかに記載のパターン形成方法によりパターンを形成し、
前記パターンをマスクとして前記ハードマスク層をエッチングすることで、ハードマスクパターンを形成し、
前記ハードマスクパターンをマスクとして、前記基材の前記第1面側をエッチングすることを特徴とする凹凸構造体の製造方法。
A pattern is formed on the hard mask layer in the base material having the hard mask layer formed on the first surface by the pattern forming method according to any one of claims 1 to 9 .
By etching the hard mask layer using the pattern as a mask, a hard mask pattern is formed.
A method for manufacturing an uneven structure, which comprises etching the first surface side of the base material using the hard mask pattern as a mask.
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